Какое воздействие на тело человека электрический ток. Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическое

В повседневной жизни каждый из нас сталкивается с электричеством. Это могут быть как электроприборы, так и некоторые процедуры. Однако иногда ток может воздействовать на человеческое тело. Стоит разобраться, что такое ток и каково действие электрического тока на организм человека.

Что такое ток?

Современное понятие электрического тока определяет его как направленное движение заряженных частиц. Такими частицами могут быть электроны и ионы, хотя в некоторых случаях ток может возникать под действием изменения магнитного поля во времени.

Ток может быть постоянным и переменным. Постоянный ток имеет неизменные показатели направления и времени, тогда как переменная его форма является нестабильной по данным показателям. Выделяют также форму квазистационарного тока, который является переменным, но его изменения во времени и по направлению настолько малы, что он подчиняется законам постоянного тока.

Все частицы, движущиеся при возникновении тока, имеют свой определенный заряд и направление движения.

Следует определить, какими могут быть виды воздействия электрического тока на организм.

По каноническим законам, движение тока происходит согласно направлению положительных зарядов в среде. В некоторых случаях ток может быть обратно направленным, когда его движение происходит в обратную сторону от направления положительных векторов (может быть обусловлено отрицательными зарядами). Так как же действует ток?

Действие электрического тока на человека и виды поражений

При попадании человеческого организма под действие электрического тока возможно несколько видов их взаимодействия.

Биологическое воздействие тока на организм. Может оказать влияние на работу мышечных волокон и органов, поспособствовать проведению импульса и, наоборот, приостановить его распространение.

Электролитическое действие электрического тока на организм человека предполагает образование некоторых веществ в организме человека и на его поверхности.

Термическое влияние направлено на искажение процессов теплообразования и теплоотдачи.

Формально каждый из данных видов воздействия имеет место при влиянии тока на организм, разница состоит лишь в том, в какой степени проявляется каждый из данных эффектов.

Регулируя силу тока, можно перевести его отрицательное влияние в положительный эффект. Главное - уметь контролировать сам процесс преобразования зарядов. Стоит остановиться поподробнее на каждом из видов воздействия.

Биологический эффект

Биологическое действие электрического тока на организм человека замыкается на некоторых процессах, проходящих в мышцах и нервной системе.

Наибольшую опасность обычно представляет переменный ток. Если схватиться за оголенный провод во время прохождения электрического тока по нему, могут развиться следующие эффекты.

• Нарушение электропроводимости нервных импульсов. Такой ток влияет на проводящую систему сердца, перевозбуждая все водители ритма. В результате этого имеют место аритмии, фибрилляции.
• Мышечный спазм. Основан на блокировке током синапсов с преобладанием спастического эффекта. Именно из-за этого невозможно отпустить провод.

Однако если имеется возможность контролировать силу тока, его направление и напряжение, то его можно использовать и в полезных целях. Например, воздействие электрического тока на организм человека фиксированными количествами импульсов определенной силы и напряжения используется в физиотерапии для лечения мышечных спазмов и торакоалгий. Используется подобная методика и при лечении больных с периферическими параличами.

Термическое действие

Локальное влияние электрического тока на организм человека способно оставить электрические ожоги. Такое часто наблюдается при касании к оголенным проводам, при ударе молнии. Не всегда человек умирает непосредственно от самого удара электрическим током, чаще всего к смерти приводят осложнения, вызванные воздействием тока на процессы, проходящие в органах.

Электрические ожоги почти всегда протекают совместно с электролитическими процессами. Часто воздействие электрического тока на организм человека приводит к появлению электрических знаков, меток, металлизации кожи.

Данные последствия не несут сильных повреждений, если длительность удара током была короткой, а его напряжение и сила - слабыми. Гораздо опаснее протекает электрический удар, так как именно он способствует сжиганию внутренних органов. Наблюдается это при длительном прохождении переменного тока через организм человека.

Электролитическое действие

Как было сказано, ток приводит к появлению на коже меток, знаков, металлизации. Что же это за процессы?

Электрические знаки появляются из-за непосредственного локального действия. Представляют собой овальные участки кожи, безболезненные при касании к ним, проходящие самостоятельно через некоторое время.

Металлизация как локальное действие электрического тока на организм человека представляет собой процесс электролиза. Под влиянием электричества происходит отделение ионов металлов (например проводника при контакте с ним) и проникновение их в вышележащие слои кожи. В месте действия тока кожа темнеет, становится плотной и болезненной.

Электроофтальмия. Поражение глаз развивается не за счет непосредственного действия тока, а при воздействии ультрафиолета, отходящего от электрической дуги. Характеризуется воспалением оболочки за счет нарушения ионных процессов в оболочке глаза.

Последствия электрического поражения

Все вышеперечисленные эффекты негативного воздействия тока требуют оказания медицинской помощи. Если действие электрического тока на организм человека было непродолжительным, поражения и нарушения работы внутренних органов не развиваются. Если же действие электрического тока на человека заняло больше времени, обязательно будут иметь место поражения внутренних органов и нарушения функций.

Проявления внутренних нарушений могут давать о себе знать как непосредственно после получения электротравмы, так и в отдаленном периоде. Тяжесть данных осложнений зависит от того, под какой силой тока и каким напряжением они были получены.

Степень действия электрического тока на организм человека определяется также и состоянием внутреннего сопротивления. У каждого человека оно различно: одному даже сильный ток не нанесет никаких повреждений, а другой под действием такого же напряжения может моментально погибнуть. Сопротивление обусловлено состоянием внутренней среды организма и внешними условиями.

Основные мероприятия неотложной помощи

Что же делать, если развилось электрическое поражение, и какие мероприятия должна включать в себя первая помощь?

В первую очередь следует помнить, как действует электрический ток на организм человека. Если по проводнику идет переменный ток, человек не может его отпустить, сам становится его проводником. Поэтому ни в коем случае нельзя пытаться помочь разжать руки попавшему под действие тока человеку. Первым мероприятием должно стать отключение Только после этого нужно начинать основные лечебные мероприятия. Обязательно сразу же вызвать скорую помощь.

Неотложная помощь включает в себя проведение сердечно-легочной реанимации (при отсутствии дыхания или сердцебиения). После прихода человека в сознание рекомендуется уложить его на бок и укрыть одеялом или одеждой с целью профилактики переохлаждения. Остальные мероприятия должна проводить бригада скорой помощи либо непосредственно на месте, либо по дороге в стационар.

Неотложная помощь при нарушениях ритма сердца

Как говорилось выше, наибольшую опасность действие электрического тока на человека представляет для его проводящей системы сердца.

К ней относятся основные структуры, так называемые водители ритма, обеспечивающие сердечные сокращения и прокачку крови к внутренним органам и от них. При сбое в формировании электрических импульсов нарушается координация сердечной деятельности, что чревато последствиями.

К таким последствиям относятся аритмии, фибрилляции и трепетания предсердий и желудочков. Они характеризуются неправильным, учащенным сердечным ритмом, который не способен обогащать органы кровью. Из-за этого нарастают тяжелые последствия в иных органах. Кроме того, это опасно и для самого сердца.

Для того чтобы восстановить правильный сердечный ритм, проводят кардиоверсию. Она может осуществляться как за счет препаратов (антиаритмики), так и при воздействии тока определенной силы и напряжения. Кардиоверсию необходимо начинать сразу же после срыва ритма.

Профилактика электрических поражений

Для того чтобы предотвратить поражающее действие электрического тока на организм человека, следует помнить об элементарных правилах техники безопасности.

Ни в коем случае не стоит прикасаться голыми руками к проводам. Любые манипуляции с ними должны проводиться только при наличии спецодежды (резиновые сапоги, перчатки с изолирующим покрытием и т.д.).

При обнаружении лежащих на земле проводов сразу же следует вызвать электриков. Ни в коем случае не стоит пытаться вернуть их на место своими силами.

Ремонт электроприборов и розеток запрещено проводить своими силами (разрешается только при наличии соответствующего образования и необходимых для этого инструментов).

Если все же случилось так, что вы или ваши близкие были поражены электричеством, ни в коем случае не нужно паниковать, а нужно начинать неотложную помощь. В данной ситуации чем раньше ее начать, тем больше вероятность того, что осложнения не разовьются.

Электрический ток оказывает на человека термическое, электролитическое, биологическое и механическое воздействие.

Термическое воздействие тока проявляется ожогами отдель-ных участков тела, нагревом до высокой температуры орга-нов, что вызывает в них значительные функциональные рас-стройства.

Электролитическое воздействие в разложении различных жидкостей организма (воды, крови, лимфы) на ионы, в результатечего происходит нарушение их физико-химического состава и свойств.

Биологическое действие тока проявляется в виде раздраже-ния и возбуждения тканей организма, судорожного сокраще-ния мышц, а также нарушения внутренних биологических процессов.

Механическое воздействие приводит к расслоению, разрыву тканей организма.

Действие электрического тока на человека приводит к трав-мам или гибели людей.

Электрические травмы разделяются на общие (электрические удары) и местные электротравмы (рис. 2.26).

Наибольшую опасность представляют электрические удары.

Электрический удар — это возбуждение живых тканей про-ходящим через человека электрическим током, сопровождаю-щееся судорожными сокращениями мышц; в зависимости от исхода воздействия тока различают четыре степени электриче-ских ударов:

I — судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II — судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимися дыханием и работой сердца;

III — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе);

IV — клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и крово-обращения.

Кроме остановки сердца и прекращения дыхания причиной смерти может быть электрический шок — тяжелая нервно-реф-лекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током. Шоковое состояние длится от нескольких десят-ков минут до суток, после чего может наступить гибель или выздоровление в результате интенсивных лечебных мероприятий.

Рис. 2.26. Классификация электрических травм

Местные электротравмы — это местные нарушения целостно-сти тканей организма. К местным электротравмам относятся:

- электрический ожог — бывает токовым и дуговым; токовый ожог связан с прохождением тока через тело человека и яв-ляется следствием преобразования электрической энергии в тепловую (как правило, возникает при относительно не-высоких напряжениях электрической сети); при высоких напряжениях электрической сети между проводником тока и телом человека может образоваться электрическая дуга, возникает более тяжелый ожог — дуговой, т. к. электриче-ская дуга обладает очень большой температурой — свы-ше 3500 °С;

- электрические знаки — пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, образующиеся в мес-те контакта с проводником тока; как правило, знаки име-ют круглую или овальную форму с размерами 1-5 мм; эта травма не представляет серьезной опасности и достаточно
быстро проходит;

- металлизация кожи — проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги; в зависимости от места поражения травма может быть очень болезненной, с тече-нием времени пораженная кожа сходит; поражение же глаз может закончиться ухудшением или даже потерей зрения;

- электроофтальмия — воспаление наружных оболочек глаз под действием потока ультрафиолетовых лучей, испускае-мых электрической дугой; по этой причине нельзя смот-реть на сварочную электродугу; травма сопровождается сильной болью и резью в глазах, временной потерей зрения, при сильном поражении лечение может быть слож-ным и длительным; на электрическую дугу без специальных защитных очков или масок смотреть нельзя;

- механические повреждения возникают в результате резких судорожных сокращений мышц под действием проходяще-го через человека тока, при непроизвольных мышечных сокращениях могут произойти разрывы кожи, кровенос-ных сосудов, а также вывихи суставов, разрывы связок идаже переломы костей; кроме того, при испуге и шоке че-ловек может упасть с высоты и получить травму.

Как видим, электрический ток очень опасен и обращение с ним требует большой осторожности и знания мер обеспечения электробезопасности.

Параметры, определяющие тяжесть поражения электриче-ским током (рис. 2.27). Основными факторами, определяющими степень поражения электрическим током, являются: сила тока, протекающего через человека, частота тока, время воздействия и путь протекания тока через тело человека.

Сила тока. Протекание через организм переменного тока промышленной частоты (50 Гц), широко используемого в про-мышленности и в быту, человек начинает ощущать при силе тока 0,6... 1,5 мА (мА — миллиампер равен 0,001 А). Этот ток на-зывают пороговым ощутимым током.

Большие токи вызывают у человека болезненные ощущения, которые с увеличением тока усиливаются. Например, при токе 3...5 мА раздражающее действие тока ощущается всей кистью, при 8... 10 мА — резкая боль охватывает всю руку и сопровожда-ется судорожными сокращениями мышц кисти и предплечья.

При 10... 15 мА судороги мышц руки становятся настолько сильными, что человек не может их преодолеть и освободиться от проводника тока. Такой ток называется пороговым неотпускающим током.

При токе величиной 25...50 мА происходят нарушения в ра-боте легких и сердца, при длительном воздействии такого тока может произойти остановка сердца и прекращение дыхания.

Рис. 2.27. Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током

Начиная с величины 100 мА протекание тока через человека вызывает фибрилляцию сердца — судорожные неритмичные со-кращения сердца; сердце перестает работать как насос, перекачи-вающий кровь. Такой ток называется пороговым фибрилляционным током. Ток более 5А вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции.

Частота тока. Наиболее опасен ток промышленной часто-ты — 50 Гц. Постоянный ток и ток больших частот менее опа-сен, и пороговые значения для него больше.

Так, для постоян-ного тока:

Пороговый ощутимый ток — 5...7 мА;

Пороговый неотпускающий ток — 50...80 мА;

Фибрилляционный ток — 300 мА.

Путь протекания тока . Опасность поражения электрическим током зависит от пути протекания тока через тело человека, так как путь определяет долю общего тока, которая проходит через сердце. Наиболее опасен путь «правая рука—ноги» (как раз пра-вой рукой чаще всего работает человек). Затем по степени сни-жения опасности идут: «левая рука—ноги», «рука—рука», «но-ги—ноги». На рис. 2.28 изображены возможные пути протекания тока через человека.

Рис. 2.28. Характерные пути тока в теле человека: 1 — рука-рука; 2 — правая рука-ноги; 3 — левая рука-ноги; 4 — правая рука-правая нога; 5 — правая рука-левая нога; 6 — левая рука-левая нога; 7 — левая рука-правая нога; 8 — обе руки-обе ноги; 9 — нога-нога; 10 — голова-руки; 11 — голова-ноги; 12 — голова-правая рука: 13 — голова-левая рука; 14 — голова-правая нога; 15 — голова-левая нога

Время воздействия электрического тока. Чем продолжитель-нее протекает ток через человека, тем он опаснее. При протекании электрического тока через человека в месте контакта с про-водником верхний слой кожи (эпидермис) быстро разрушается, электрическое сопротивление тела уменьшается, ток возрастает, и отрицательное действие электротока усугубляется. Кроме того, с течением времени растут (накапливаются) отрицательные по-следствия воздействия тока на организм.

Определяющую роль в поражающем действии тока играет ве-личина силы электрического тока, протекающего через организм человека. Электрический ток возникает тогда, когда создается замкнутая электрическая цепь, в которую оказывается включен-ным человек. По закону Ома сила электрического тока /равна электрическому напряжению U, деленному на сопротивление электрической цепи R: 1= U/R.

Таким образом, чем больше напряжение, тем больше и опас-нее электрический ток. Чем больше электрическое сопротивле-ние цепи, тем меньше ток и опасность поражения человека.

Электрическое сопротивление цепи равно сумме сопротивле-ний всех участков, составляющих цепь (проводников, пола, обу-ви и др.). В общее электрическое сопротивление обязательно входит и сопротивление тела человека.

Электрическое сопротивление тела человека при сухой, чис-той и неповрежденной коже может изменяться в довольно ши-роких пределах — от 3 до 100 кОм (1 кОм = 1000 Ом), а иногда и больше. Основной вклад в электрическое сопротивление челове-ка вносит наружный слой кожи — эпидермис , состоящий из ороговевших клеток. Сопротивление внутренних тканей тела не-большое — всего лишь 300...500 Ом.

Поэтому при нежной, влаж-ной и потной коже или повреждении эпидермиса (ссадины, раны) электрическое сопротивление тела может быть очень не-большим. Человек с такой кожей наиболее уязвим для электри-ческого тока. У девушек более нежная кожа и тонкий слой эпи-дермиса, нежели у юношей; у мужчин, имеющих мозолистые руки, электрическое сопротивление тела может достигать очень больших величин, и опасность их поражения электротоком сни-жается. В расчетах на электробезопасность обычно принимают величину сопротивления тела человека, равную 1000 Ом.

Электрическое сопротивление изоляции проводников тока, если она не повреждена, составляет, как правило, 100 и более килоом.

Электрическое сопротивление обуви и основания (пола) зависит от материала, из которого сделано основание и подошва обуви, и их состояния — сухие или мокрые (влажные). Например, сухая подошва из кожи имеет сопротивление примерно 100 кОм, влажная подошва — 0,5 кОм; из резины соответственно 500 и 1,5 кОм. Сухой асфальтовый пол имеет сопротивление около 2000 кОм, мокрый — 0,8 кОм; бетонный соответственно 2000 и 0,1 кОм; деревянный — 30 и 0,3 кОм; земляной — 20 и 0,3 кОм; из керамической плитки — 25 и 0,3 кОм. Как видим, при влаж-ных или мокрых основаниях и обуви значительно возрастает электроопасность.

Поэтому при пользовании электричеством в сырую погоду, осо-бенно на воде, необходимо соблюдать особую осторожность и при-нимать повышенные меры обеспечения электробезопасности.

Для освещения, бытовых электроприборов, большого коли-чества приборов и оборудования на производстве, как правило, используется напряжение 220 В. Существуют электросети на 380, 660 и более вольт; во многих технических устройствах при-меняются напряжения в десятки и сотни тысяч вольт. Такие технические устройства представляют исключительно высокую опасность. Но и значительно меньшие напряжения (220, 36 и даже 12 В) могут быть опасными в зависимости от условий и электрического сопротивления цепи R..

Значительное влияние на исход поражения при электротравмах оказывают индивидуальные особенности человека.

Характер воздействия тока (табл.) зависит от массы человека и его фи-зического состояния. Здоровые и физически крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенная восприимчивость к электрическому току отмечена у лиц, страдающих болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секре-ции, нервными и др.

Табл. Характер воздействия тока

Более уязвимы к воздействию электрического тока люди, име-ющие повышенную потливость. Повышенная температура окружа-ющей среды и высокая влажность не единственная причина высо-кой потливости, интенсивное потоотделение часто наблюдается при вегетативных расстройствах нервной системы, а также в ре-зультате испуга, волнения.

В состоянии возбуждения нервной системы, депрессии, утом-ления, опьянения и после него люди более чувствительны к про-текающему току.

Предельно допустимые напряжения прикосновения и токи для человека устанавливаются ГОСТ 12.1.038—82* (табл. 2.14) при аварийном режиме работы электроустановок постоянного тока частотой 50 и 400 Гц. Для переменного тока частотой 50 Гц до-пустимое значение напряжения прикосновения составляет 2 В, а силы тока — 0,3 мА, для тока частотой 400 Гц соответственно — 2 В и 0,4 мА; для постоянного тока — 8 В и 1 мА. Указан-ные данные приведены для продолжительности воздействия тока не более 10 мин в сутки.

Таблица 2.14. Предельно допустимые уровни напряжения и токов

Анализ схем включения человека в электрическую цепь

Так как от сопротивления электрической цепи R существен-но зависит величина электрического тока, проходящего через человека, то тяжесть поражения во многом определяется схемой включения человека в цепь. Схемы образующихся при контакте человека с проводником цепей зависят от вида применяемой системы электроснабжения.

Наиболее распространены электрические сети, в которых ну-левой провод заземлен, т. е. накоротко соединен проводником с землей. Прикосновение к нулевому проводу практически не представляет опасности для человека, опасен только фазный провод. Однако разобраться, какой из двух проводов нулевой, сложно — по виду они одинаковы. Разобраться можно используя специальный прибор — определитель фазы.

На конкретных примерах рассмотрим возможные схемы включения человека в электрическую цепь при прикосновении к проводникам.

Двухфазное включение в цепь. Наиболее редким, но и наиболее опасным, является прикосновение человека к двум фазным про-водам или проводникам тока, соединенным с ними (рис. 2.29).

В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука—рука», i. е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела (Я).

Рис. 2.29. Двухфазное включение в цепь: а — изолированная нейтраль; б — за-земленная нейтраль

Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то сила тока, проходящего через че-ловека, будет равна

I ч = U л /R ч = 380 В / 1000 Ом = 0,38 А = 380 мА.

Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет зависить прежде всего от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока (разо-рвет электрическую цепь), ибо время воздействия в этом случае является определяющим.

Значительно чаще встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкасается с фазным проводом или частью прибора, аппарата, который случайно или преднамеренно электрически соединен с ним. Опасность поражения электрическим током в этом случае зависит от вида электрической сети (с заземленной или изолированной нейтралью).

Однофазное включение в цепь в сети с заземленной нейтралью (рис. 2.30). В этом случае ток проходит через человека по пути «рука—ноги» или «рука—рука», а человек будет находиться под фазным напряжением.

В первом случае сопротивление цепи будет определяться со-противлением тела человека (R ч, обуви (R o 6), основания (R oc), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (R н), и через человека потечет ток

I ч = U ф /(R ч + R o б + R 0 C + R н).

Сопротивление нейтрали R H невелико, и им можно принебречь по сравнению с другими сопротивлениями цепи. Для оцен-ки величины протекающего через человека тока примем напряжение сети 380/220 В. Если на человеке надета изолирующая сухая обувь (кожаная, резиновая), он стоит на сухом деревянном иолу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома небольшой.

Например, сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм. Ток, проходящий через человека

I ч = 220 В / (30 000 + 100 000 + 1000) Ом = = 0,00168 А = 1,68 мА.

Этот ток близок к пороговому ощутимому току. Человек по-чувствует протекание тока, прекратит работу, устранит неис-правность.

Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви или боси-ком, через тело будет проходить ток

I Ч = 220 В / (3000 + 1000) Ом = 0,055 А = 55 мА.

Этот ток может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии и смерть.

Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резино-вых сапогах, через тело проходит ток

I ч = 220 В / (500 000 + 1000) Ом = 0,0004 А = 0,4 мА.

Воздействие такого тока человек может даже не почувство-вать. Однако даже небольшая трещина или прокол на подошве сапога может резко уменьшить сопротивление резиновой по-дошвы и сделать работу опасной.

Перед тем как приступить к работе с электрическими устройствами (особенно длительное время не находящимися в эксплуатации), их необходи-мо тщательно осмотреть на предмет отсутствия повреждений изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные — просушить. Мокрые электрические устройства эксплуатиро-вать нельзя! Электрический инструмент, приборы, аппаратуру лучше хра-нить в полиэтиленовых пакетах, чтобы исключить попадание в них пыли или влаги. Работать надо в обуви. Если надежность электрического уст-ройства вызывает сомнения, надо подстраховаться — подложить под ноги сухой деревянный настил или резиновый коврик. Можно использовать рези-новые перчатки.

Рис. 2.30. Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью: а — нор-мальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза)

Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с электропроводящими предмета-ми, соединенными с землей (корпусом заземленного станка, металлической или железобетонной конструкцией здания, влажной деревянной стеной, водопроводной трубой, отопительной бата-реей и т. п.). В этом случае ток протекает по пути наименьшего электрического сопротивления. Указанные предметы практиче-ски накоротко соединены с землей, их электрическое сопротив-ление очень мало. Поэтому сопротивление цепи равно сопро-тивлению тела и через человека потечет ток

I ч = U Ф / R Ч = 220 В / 1000 Ом = 0,22 А = 220 мА.

Эта величина тока смертельно опасна .

При работе с электрическими устройствами не прикасайтесь второй рукой к предметам, которые могут быть электрически соединены с землей. Работа в сырых помещениях, при наличии вблизи от человека хорошо прово-дящих предметов, соединенных с землей, представляет исключительно вы-сокую опасность и требует соблюдения повышенных мер электрической безопасности.

В аварийном режиме (рис. 2.30, б), когда одна из фаз сети (другая фаза сети, отличная от фазы, к которой прикоснулся че-ловек) оказалась замкнутой на землю, происходит перераспреде-ление напряжения, и напряжение исправных фаз отличается от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, чело-век попадает под напряжение, которое больше фазного, но меньше линейного. Поэтому при любом пути протекания тока этот случай более опасен.

Однофазное включение в цепь в сети с изолированной нейтра-лью (рис. 2.31). На производстве для электроснабжения силовых электроустановок находят применение трехпроводные электри-ческие сети с изолированной нейтралью. В таких сетях отсутст-вует четвертый заземленный нулевой провод, а имеются только три фазных провода. На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления г А, г в, г с изоляции про-вода каждой фазы и емкости С А, С в, С с каждой фазы относи-тельно земли. Для упрощения анализа примем r A = r B =r c =r, л С А = С £ = С с = С

Рис. 2.31. Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью: а — нормальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза)

Если человек прикоснется к одному из проводов или к како-му-нибудь предмету, электрически соединенному с ним, ток по-течет через человека, обувь, основание и через изоляцию и ем-кость проводов будет стекать на два других провода. Таким образом, образуется замкнутая электрическая цепь, в которую, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротивле-ние изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление ис-правной изоляции составляет десятки и сотни килоом, то общее электрическое сопротивление цепи значительно больше сопро-тивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. Т. е. ток через человека в такой сети будет меньше, и прикосновение к одной из фаз сети с изолированной нейтралью безопаснее.

Ток через человека в этом случае определяется по следую-щей формуле:

где R ич = R ч + R об + R ос — электрическое сопротивление цепи че-ловека, ω = 2π f — круговая частота тока, рад/с (для тока про-мышленной частоты f = 50 Гц, поэтому ω = 100π).

Если емкость фаз невелика (это имеет место для непротя-женных воздушных сетей), можно принять С ≈ 0. Тогда выраже-ние для величины тока через человека примет вид:

Например, если сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм, а сопротивление изоляции фаз 300 кОм, ток, который проходит через человека (для сети 380/220 В), будет равен

I ч = 3 ? 220 В / Ом = = 0,00095 А = 0,95 мА.

Такой ток человек может даже не почувствовать .

Даже если не учитывать сопротивление цепи человека (человек стоит на влажной земле в сырой обуви), проходящий через человека ток будет безопасен:

I ч = 3 ? 220 В / 300 000 Ом = 0,0022 А = 2,2 мА.

Таким образом, хорошая изоляция фаз является залогом обеспечения безопасности. Однако при разветвленных электри-ческих сетях добиться этого нелегко. У протяженных и разветв-ленных сетей с большим числом потребителей сопротивление изоляции мало, и опасность возрастает.

Для протяженных электрических сетей, особенно кабельных линий, емкостью фаз нельзя пренебрегать (С≠0). Даже при очень хорошей изоляции фаз (r = ∞) ток потечет через человека через емкостное сопротивление фаз, и его величина будет опре-деляться по формуле:

I ч =

Таким образом, протяженные электрические цепи промыш-ленных предприятий, обладающие высокой емкостью, обладают высокой опасностью, даже при хорошей изоляции фаз.

При нарушении же изоляции какой-либо фазы прикоснове-ние к сети с изолированной нейтралью становится более опас-ным, чем к сети с заземленным нулевым проводом. В аварийном режиме работы (рис. 2.31, б) ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, будет стекать по цепи за-мыкания на земле на аварийную фазу, и его величина будет оп-ределяться формулой:

I ч = U л / (R ич +R з).

Так как сопротивление замыкания R з аварийной фазы на земле обычно мало, то человек будет находиться под линейным напряжением, а сопротивление образовавшейся цепи будет рав-но сопротивлению цепи человека R з , что очень опасно.

По этим соображениям, а также из-за удобства использова-ния (возможность получения напряжения 220 и 380 В) четырехпроводные сети с заземленным нулевым проводом на напряже-ние 380/220 В получили наибольшее распространение.

Мы рассмотрели далеко не все возможные схемы электриче-ских сетей и варианты прикосновения. На производстве вы мо-жете иметь дело с более сложными схемами электроснабжения, находящимися под значительно большими напряжениями, а значит, и более опасными. Однако основные выводы и рекомен-дации для обеспечения безопасности практически такие же.

Добавить сайт в закладки

Как действует электрический ток на человека?

Электрические травмы

Электрический ток поражает человека внезапно. Прохождение тока через тело человека вызывает элек­трические травмы различного характера: электрический удар, ожоги, электрические знаки-метки.

Электрическим ударом назы­вается поражение током, при котором возникает шок, т. е. свое­образная тяжелая реакция организма на сильный раздражи­тель - электрический ток.

Исход шока различен. В тяжелом случае шок сопровождается расстройством кровообращения и дыха­ния. Возможна фибрилляция сердца, т. е. вместо одновременного ритмичного (примерно 1 раз в секунду) сокращения сердечной мышцы возникает хаотическое подергивание отдельных ее воло­кон - фибрилл. Это прекращает нормальную работу сердца, кровоток останавливается, и может наступить смерть.

Поражение человека током при напряжении до 1000 В в большинстве слу­чаев сопровождается электрическим ударом.

Ожоги возникают при воздействии тока значительной вели­чины (около 1 А и более) или от электрической дуги. Так, при приближении к токоведущим частям напряжением выше 1000 В на недопустимо малое расстояние между токоведущей частью и телом человека появляется искровой разряд, а затем электриче­ская дуга, которая причиняет тяжелый ожог. При случайном контакте с токоведущей частью напряжением до 1000 В проходя­щий через тело человека ток нагревает ткани до 60-70°С. Это вызывает свертывание белка. Ожоги электрическим током излечиваются трудно. Они захватывают большую поверхность тела и проникают глубоко.

Электрические знаки (метки) - это омертвление кожи в виде мозоли желтого цвета с серой каймой в месте входа и выхода тока. Если поражение проникло глубоко, то ткани тела постепенно отмирают.

Характер воздействия переменного электрического тока в за­висимости от его величины приведен в табл. 1

Из табл. 1 следует, что опасным для человека является ток более 15 мА, при котором человек не может самостоятельно осво­бодиться. Ток в 50 мА вызывает тяжелое поражение. Ток в 100 мА, воздействующий более 1-2 с, является смертельно опасным.

Факторы, влияющие на исход поражения

Величина электри­ческого тока, проходящего через тело человека, а следовательно, исход поражения зависят от многих обстоятельств.

Наиболее опасным является переменный ток с частотой 50-500 Гц. Большинство людей сохраняют способность самостоя­тельно освободиться от токов такой частоты при очень малых его величинах (9-10 мА). Постоянный ток тоже опасен, но самостоятельно освободиться от него возможно при несколько больших величинах (20-25 мА).

Величина тока зависит от напряжения электроустановки и от сопротивлений всех элементов цепи, по которой протекает ток, в том числе от сопротивления тела человека. Сопротивление тела слагается из активного и емкостного сопротивлений кожи и вну­тренних органов. Сухая, неповрежденная кожа имеет сопротивле­ние около 100 000 Ом, влажная - около 1000 Ом, а сопротивле­ние внутренних тканей (при снятом роговом слое) составляет примерно 500-1000 Ом. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица и подмышечных впадин.

Сопротивление тела человека - величина нелинейная. Оно резко, непропорционально уменьшается при увеличении прило­женного к телу напряжения, увеличении времени воздействия тока, при неудовлетворительном физическом и психическом со­стоянии, при большом и плотном контакте с токоведущей частью и т. д. Из рис. 1 следует, что при увеличении приложенного к телу напряжения от 0 до 140 В сопротивление тела нелинейно падает от десятков тысяч до 800 Ом (кривая 1). Соответственно, ток, проходящий через тело, возрастает (кривая 2).

Сопротивление тела человека (Ом) приближенно определяют по формуле

Z чел = U пр / I чел

где U пр - падение напряжения на сопротивлении тела человека - В.

В расчетах по электробезопасности его (тоже приближенно) принимают равным:

Z чел = 1000 Ом

Наиболее опасен путь тока через сердце, мозг, легкие. Харак­терные пути: ладонь - ступни, ладонь - ладонь, ступня - ступня. Однако смертельное поражение возможно и при прохо­ждении тока по пути, который, казалось бы, не затрагивает жиз­ненно важные органы, например через голень к ступне. Это явле­ние объясняется тем, что ток в теле протекает по пути наимень­шего сопротивления (нервам, крови), а не по прямой - через ткани с большим сопротивлением (мышцы, жир).

Установлено, что исход поражения током зависит от физиче­ского и психического состояния человека. Если он голоден, утомлен, опьянен или не здоров, то вероятность тяжелого пора­жения возрастает. Женщины, подростки, мужчины со слабым здоровьем способны выдержать значительно меньшие токи (в пределах б мА), чем здоровые мужчи­ны (12-15 мА).

Длительность воздействия - один из основных факторов, влияющих на исход поражения. Цикл работы сердца равен при­мерно 1 с. В цикле имеется фаза Т, равная 0,1 с, когда мышца сердца расслаблена и оно наиболее уязвимо для тока: может возникнуть фибрилляция. Чем меньше время воздействия тока (менее 0,1 с), тем меньше вероятность фибрилляции. Продолжительное (несколько секунд) воздействие тока приводит к тяжелому исходу: сопротивление тела уменьшается, а ток поражения возрастает.

Механизм воздействия электрического тока на человека сло­жен. С одной стороны, в высоковольтных установках были слу­чаи, когда кратковременное (сотые доли секунды) воздействие тока в несколько ампер не приводило к смерти. С другой стороны, уста­новлено, что смертельный исход возможен при напряжении 12-36 В, когда воздействует ток в несколько миллиампер. Это про­исходит в результате прикосновения к токоведущей части наибо­лее уязвимой частью тела - тыльной стороной ладони, щекой, шеей, голенью, плечом.

Учитывая опасность электроустановок напряжением как до 1000, так и выше 1000 В, каждый работающий должен твердо помнить, что нельзя прикасаться к токоведущим частям незави­симо от того, под каким напряжением они находятся, нельзя близко приближаться к токоведущим частям в высоковольтных установках, нельзя без надобности прикасаться к металлическим конструкциям распределительных устройств, опорам линий элек­тропередачи, к корпусам оборудования, могущим оказаться под напряжением при замыкании на них токоведущих частей.

Замыкания на землю в электроустановках, как правило, от­ключаются основной релейной защитой за доли секунды. Поэтому устройства электробезопасности (заземления и др.) допускается рассчитывать, исходя из больших величин допустимого тока. В этом случае допустимым считается ток, не вызывающий фибрил­ляции у 99,5% подопытных животных, масса тела и сердца кото­рых близка к человеческим. Допустимые величины тока и напря­жений прикосновения, полученные при лабораторных исследо­ваниях, приведены в табл. 2

Из табл. 3-2 следует, что токи более 65 мА и напряжения более 65 В допускаются менее 1 с.

Факторы, влияющие на тяжесть поражения электрическим током. Виды поражения электрическим током. Сопротивление тела человека.

Электрические установки представляют большую потенциальную опасность для человека, так как в процессе эксплуатации не исключены случаи прикосновения к частям находящимся под напряжением.

Особенностью поражения электрическим током является:

отсутствие внешних признаков грозящей опасности, которые человек мог бы заблаговременно обнаружить: увидеть, услышать, обонять и т. п. В большинстве случаев человек включается в электрическую сеть либо руками (путь тока "рука-рука"), либо рукой и ногами (путь тока "рука-ноги"). Проходящий при этом ток приводит к серьезным повреждениям центральной нервной системы и таких жизненно важных органов, как сердце и легкие.

тяжесть исхода электротравм. Временная потеря трудоспособности при электротравмах, как правило, продолжительна. Так, при поражении в сетях напряжением 220/380 В она составляет в среднем 30 дней. В целом на электротравмы приходится 12-16 % всех случаев производственного травматизма со смертельным исходом.

токи промышленной частоты 10-25 мА способны вызвать интенсивные судороги мышц, в результате наступает неотпускающий эффект, т. е. "приковывание" человека к токоведущим частям, при котором пострадавший самостоятельно не может освободиться от воздействия электрического тока. Длительное же протекание такого тока может привести к тяжелым последствиям.

воздействие тока на человека вызывает резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания. При работе на высоте это может привести к падению человека. В результате возникает опасность механического травмирования, причиной которого является воздействие тока.

специфическая опасность поражения электрическим током заключается в том, что токоведущие части электроустановок, оказавшиеся под напряжением в результате повреждения изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждали бы человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при протекании последнего через тело человека.

Воздействия тока на организм человека

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него тепловое, химическое, механическое и биологическое воздействие.

Тепловое воздействие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве тканей и биологических сред, что вызывает в них функциональные расстройства. Химическое воздействие выражается в разложении органической жидкости, крови и проявляется в изменении их физико-химического состава; механическое приводит к разрыву мышечных тканей; биологическое заключается в способности тока раздражать и возбуждать живые ткани организма.

Любое из перечисленных воздействий тока может привести к травме. Травму, вызванную воздействием электрического тока или электрической дуги, называют электротравмой (ГОСТ 12.1.009-76).

Виды поражения электрическим током

На практике электротравмы условно разделяют на местные и общие. Местные электротравмы вызывают местное повреждение организма - электрический ожог, электрический знак, металлизацию кожи частицами расплавившегося под действием электрической дуги металла, механические повреждения, вызванные непроизвольными сокращениями мышц под действием тока, и электроофтальмию (воспаление наружных оболочек глаз под воздействием электрической дуги).

Общие электротравмы, чаще называемые электрическим ударом, вызывают нарушение нормальной деятельности наиболее жизненно важных органов и систем организма или приводят к поражению всего организма.

Факторы, влияющие на тяжесть поражения электрическим током

К данным факторам относятся: сила, длительность воздействия тока, его род (постоянный, переменный), пути прохождения, а также факторы окружающей среды и др.

Сила тока и длительность воздействия. Увеличение силы тока приводит к качественным изменениям воздействия его на организм человека. С увеличением силы тока четко проявляются три качественно отличные ответные - реакции организма: ощущение, судорожное сокращение мышц (неотпускание для переменного и болевой эффект для постоянного тока) и фибрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию организма человека, получили названия ощутимых, неотпускающих и фибрилляционных, а их минимальные значения принято называть пороговыми.

Экспериментальные исследования показали, что человек ощущает воздействие переменного тока промышленной частоты силой 0,6-1,5 мА и постоянного тока силой 5-7 мА. Эти токи не представляют серьезной опасности для организма человека, а так как при их воздействии возможно самостоятельное освобождение человека, то допустимо их длительное протекание через тело человека.

В тех случаях, когда поражающее действие переменного тока становится настолько сильным, что человек не в состоянии освободиться от контакта, возникает возможность длительного протекания тока через тело человека. Такие токи получили название неотпускающих, длительное воздействие их может привести к затруднению и нарушению дыхания. Численные значения силы неотпускающего тока не одинаковы для различных людей и находятся в пределах от 6 до 20 мА. Воздействие постоянного тока не приводит к неотпускающему эффекту, а вызывает сильные болевые ощущения, которые у различных людей наступают при силе тока 15-80 мА.

При протекании тока в несколько десятых долей ампера возникает опасность нарушения работы сердца. Может возникнуть фибрилляция сердца, т. е. беспорядочные, некоординированные сокращения волокон сердечной мышцы. При этом сердце не в состоянии осуществлять кровообращение. Фибрилляция длится, как правило, несколько минут, после чего следует полная остановка сердца. Процесс фибрилляции сердца необратим, и ток, вызвавший его, является смертельным. Как показывают экспериментальные исследования, проводимые на животных, пороговые фибрилляционные токи зависят от массы организма, длительности протекания тока и его пути.

Путь тока.

Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг. В практике обслуживания электроустановок ток, протекающий через тело человека, попавшего под напряжение, идет, как правило, по пути "рука-рука" или "рука-ноги". Однако он может протекать и по другим путям, например, "голова-ноги", "спина-руки", "нога-нога" и др. Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека попадут под воздействие тока, а также от силы тока, проходящего непосредственно через сердце. Так, при протекании тока по пути "нога-нога" через сердце проходит 0,4 % общего тока, а по пути "рука-рука" - 3,3 %. Сила неотпускающего тока по пути "рука-рука" приблизительно в 2 раза меньше, чем по пути "правая рука-ноги".

Род тока

Ток промышленной частоты является самым неблагоприятным. При увеличении частоты (более 50 Гц) значения ощутимого и неотпускающего тока возрастают. С уменьшением частоты от 50 Гц до 0 значения неотпускающего тока также возрастают и при частоте, равной нулю (постоянный ток), становятся больше примерно в 3 раза.

Значения фибрилляционного тока при частотах 50-100 Гц равны. С повышением частоты до 200 Гц сила фибрилляционного тока возрастает примерно в 2 раза, а до 400 Гц - почти в 3,5 раза. Повышение частоты питающего напряжения электроустановок применяют как одну из мер электробезопасности.

Окружающая среда.

Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезопасности.

Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или в наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. Наличие, заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Toкoпроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

Электрическое сопротивление тела человека

Сила тока Iч, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от подведенного напряжения Uпр (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления zт оказываемого току данным участком тела,

Iч = Uпр / zт

На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела.

Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением rн. В наружном слое кожи ток протекает по двум параллельным путям: через активное наружное сопротивление rн и емкость С, (рисунок 1) электрическое сопротивление которой

где ω = 2nf - угловая частота, Гц; f - частота тока, Гц.

Тогда полное сопротивление наружного слоя кожи для переменного тока zн = rн xc /√ rн2 +xc 2

Сопротивление rн и емкость С зависят от площади электродов (площадь контакта). С ростом площади контакта rн уменьшается; а емкость С увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи.

Несчастные случаи, связанные с воздействием на человеческий организм электротока, происходят в результате непосредственного контакта тела человека с токопроводящими элементами или воздействия разряда тока при приближении к проводникам на минимальное, для возникновения разряда, расстояние.

Механизм поражения организма электротоком довольно сложен и до сих пор не изучен до конца.

Его воздействие на организм можно разделить на четыре категории:

• тепловое – ожоги;
• химическое – электролиз;
• механическое – растрескивание костей, разрыв ткани;
• биологическое – нарушение функционирования нервной системы и связанных с ней процессов.

Виды поражений организма, нанесенных электричеством:

• внешние – ожоги и металлизация;
• внутренние – электрический удар.

Электрические удары – это самый тяжелый тип электротравм.

В результате исследований травм от электротока было установлено, что решающую роль на их исход оказывают такие факторы:

• величина электротока, проходящая через человеческий организм;
• величина напряжения в электрических установках;
• время воздействия электротока на тело человека;
• путь прохождения тока;
• частота и род электротока;
• состояние человеческого организма на момент получения травмы;
• состояние внешней среды.

Величина электротока

Несмотря на множество исследований, точную величину электротока, являющейся опасной или смертельно опасной для организма человека, установить не удалось.

Под безопасным током понимают такую величину, которая дает возможность самостоятельно оторваться от токопроводящих частей. Его величина зависит от приложенного напряжения и сопротивления человеческого тела.

Максимальные показатели отпускающего переменного тока при частоте 50 периодов за секунду составляют около 20 ма. В целом же средняя величина данного показателя для разных частот находится в пределах 60-70 ма.

Примерная зависимость характера действия электротока на организм от его величины имеет следующие показатели:

1.Переменный ток (55 периодов в секунду):

• сила тока от 0,6 до 1,5 – небольшое дрожание пальцев;
• от 2 до 3 – сильное дрожание пальцев;
• от 5 до 7 – судороги в руках;
• от 8 до 10 – боли в кистях и пальцах, с трудом отрываются руки от проводов или кабеля;
• от 20 до 25 – затруднение дыхания, руки парализованы и их нельзя оторвать от проводов или кабеля;
• от 50 до 80 – паралич дыхания и трепетания сердечных желудочков;
• от 90 до 100 – при воздействии более трех секунд наступает паралич сердца.

2.Постоянный ток:

• от 0,6 до 3 – действие не ощущается;
• от 5 до 7 – зуд, легкое нагревание;
• от 8 до 10 – усиление нагревания;
• от 20 до 25 – незначительное сокращение мышц;
• от 50 до 80 – судороги, затруднение дыхания;
• от 90 до 100 – паралич дыхательных путей.

Время воздействия электротока

Длительность воздействия электротока на организм также играет значительную роль на организм. Сопротивление тела имеет обратную зависимость с продолжительностью: чем дольше человек контактирует с токопроводящими частями, тем меньше сопротивление, что в свою очередь приводит к увеличению количества проходящего тока.

Путь прохождения электротока

Путь прохождения напряжения по телу также значительно влияет на исход от полученных травм. Чем длинней путь, тем тяжелее последствия. Прохождение тока через тело приводит к различным патологическим процесса и чем больше важных органов он затронет, тем больше вероятность летального исхода.

Частота и вид электротока

Множество исследований характера воздействия постоянного и переменного тока на человека показывают, что опасность последнего гораздо выше при низких напряжениях. При этом с увеличением частоты, вероятность поражения уменьшается. Самой опасной является частота в районе от 50 до 60 Гц.

Токи большей частоты не представляют значительно опасности для организма, но могут вызвать ожоги.